lunes, 9 de octubre de 2017

Planeta Nueve: ¿dónde estás? (parte 1)

Actualización del blog del astrónomo Mike Brown sobre la búsqueda del Planeta Nueve.

21/septiembre/2017

Todavía no hemos encontrado al Planeta Nueve, en caso de que se lo estuviera preguntando. Hasta la fecha, las búsquedas telescópicas sólo han rascado la superficie del área que necesita ser escaneada y, aunque se han propuesto nuevos proyectos inteligentes para encontrar el Planeta Nueve con diferentes técnicas, la mayoría de estos esfuerzos están comenzando. Pero no se preocupe, ¡la nueva temporada de búsqueda con el telescopio Subaru comienza esta noche! Con buen tiempo, deberíamos poder escanear una parte significativa de nuestro área de búsqueda. Manténganse al corriente.

Para prepararnos para esta nueva temporada de búsqueda de Planeta Nueve, hemos pasado la mayor parte del año pasado desarrollando nuestra comprensión de la forma en que este planeta interactúa con el resto del Sistema Solar. Gran parte de esto ha involucrado grandes cantidades de trabajo analítico y computacional para averiguar cómo es la órbita del Planeta Nueve y  en qué parte de su órbita se encuentra. Si pudiéramos entenderlo perfectamente, podríamos simplemente salir esta noche y señalar directamente con nuestros telescopios, como se hizo para el descubrimiento de Neptuno en 1846. Lamentablemente, tenemos menos información sobre el Planeta Nueve que Le Verrier tuvo con Neptuno en 1846, por lo que no podemos identificarlo todavía, pero somos capaces de restringir la forma de la  órbita y, por lo tanto, dónde deberíamos mirar.

Sospecho que a la mayoría de la gente no le importa saber los detalles de cómo estamos tratando de averiguar dónde está Planeta Nueve. Pero a un grupo le importa mucho: los otros astrónomos que lo buscan activamente. Desde nuestra primera predicción de la existencia del Planeta Nueve, nos hemos esforzado mucho en mantener al día a cualquiera que quisiera saber dónde creemos que están los mejores lugares para buscarlo. Cuantas más personas estén involucradas en buscar de las maneras más diferentes, más rápidamente será detectado este planeta; así que, parte de nuestro trabajo en tratar de averiguar la órbita del Planeta Nueve es por el bien de todos estos otros grupos.

Para entender dónde pensamos que podría estar ahora el Planeta Nueve, necesitamos una larga digresión sobre las órbitas (si está familiarizado con los elementos orbitales Keplerianos o simplemente no quiere saberlo, por favor salte adelante!). Todos los objetos del Sistema Solar viajan en órbitas elípticas alrededor del Sol, con el Sol en uno de los focos de la elipse. Si estás en la Tierra mirando el cielo, sin embargo, la forma de la órbita no se parece a una elipse, simplemente se ve como un gran círculo a través del cielo con usted en el centro (en la Tierra, un gran círculo es como una línea longitudinal, o como el ecuador; las líneas de latitud que no son el ecuador no son grandes círculos, sino que funciona igual en el cielo). Si quiero describir la trayectoria orbital del Planeta Nueve, entonces, necesito decirle dónde está este gran círculo. 

Para describir cualquier gran círculo, sólo necesita saber dos números. Hay muchas maneras diferentes de definir estos dos números, pero usaremos (1) la longitud donde el gran círculo cruza el ecuador (que en el cielo que acabamos de definir sera la extensión del ecuador de la Tierra) cuando cruza de sur a al norte (todos los grandes círculos cruzan el ecuador dos veces 180 grados, por lo que es mejor que especifiquemos cuál de los dos queremos decir), y (2) el ángulo que hace la órbita con respecto al ecuador cuando lo cruza. En la mecánica celeste, estos dos números se llaman la longitud del nodo ascendente (ascendente = sur-a-norte, ¿lo siguen?) y la inclinación. Si conociéramos perfectamente estos dos números, sabríamos el camino exacto que Planeta Nueve sigue a través del cielo. (El movimiento de la Tierra complica un poco las cosas, pero debido a que el Planeta Nueve está tan lejos, podemos ignorar esos detalles). Si queríamos apuntar un telescopio directamente al Planeta Nueve, lo único que necesitamos saber es la longitud del nodo ascendente (que llamaré "nodo" desde ahora propio), la inclinación, y (3) donde está el planeta dentro de su órbita.

Llamaremos a este último parámetro "la longitud orbital" y simplemente la definiremos como la longitud en el cielo donde está el objeto (esta definición no es la normal en la mecánica celeste, donde en lugar de eso obtendría una anomalía media o una anomalía excéntrica u otra cosa más complicada; nos quedamos con esta versión más fácil de entender). 

Mientras que los primeros tres parámetros dicen el camino a través del cielo y dónde está el objeto, no dicen nada sobre la forma de la órbita o qué tan lejos está el planeta (que nos importa porque eso nos ayuda a estimar cuán brillante debe ser y si ya debería haber sido detectado en partes de su órbita). Sabemos que el Planeta Nueve se mueve en una elipse alrededor del Sol. La forma de la elipse está completamente especificada por (4) conocer la distancia media del objeto al Sol y por (5) un número de 0 a 1 que define la longitud del objeto (cero significa que es un círculo, 1 significa la órbita es tan alargada que nunca se cierra sobre sí misma). Llamamos a esto "semieje mayor" y "excentricidad".

Necesitamos un último número. Aunque ahora conocemos la forma de la órbita y el plano orbital, todavía no sabemos cómo está orientada la órbita dentro de su plano. Podemos especificarlo al (6) determinar la longitud cuando la órbita está más cercana al Sol. Llamamos a este último parámetro la "longitud del perihelio" (esto es una simplificación, pero no es importante). La figura siguiente ilustra lo que significa mantener (1) - (5) fijo y sólo cambiar la longitud del perihelio. La forma y el plano orbital del planeta son fijos, y estamos simplemente girando la órbita alrededor de su eje. 

 (Si se saltó los detalles sobre los elementos orbitales Keplerianos, ¡vuelva ahora!)

Hay muchas cosas que aprender si queremos encontrar Planeta Nueve. Así es como estamos progresando.

El parámetro orbital más fácil de extraer es la longitud del perihelio del Planeta Nueve. ¿Por qué? Debido a que el principal efecto observable del Planeta Nueve es la captura de objetos distantes  excéntricos del Cinturón de Kuiper en órbitas que son lo que llamamos "anti-alineadas" con el Planeta Nueve (vea la ilustración siguiente). "Anti-alineado" significa, precisamente, que la longitud del perihelio de los objetos del Cinturón de Kuiper está (en promedio) 180 grados lejos de la del Planeta Nueve. Ahora conocemos alrededor de 10 de estos objetos anti-alineados, así que puede mirar sus longitudes de perihelio y obtener una estimación directa de la longitud del perihelio del Planeta Nueve (si se preocupan por los detalles: excluimos los dos objetos detectados más recientemente que provienen de la búsqueda OSSOS, que ha demostrado tener sesgos sorprendentes en los objetos que ha encontrado). Cuando hacemos esto, encontramos un valor de 235 con una incertidumbre de 12 grados. Este es un gran comienzo, pero tenemos 5 parámetros más por averiguar (y la longitud del perihelio no nos ayuda a saber el camino orbital a través del cielo).

 En nuestro segundo artículo hace un año, usamos una serie de simulaciones computarizadas para ver cómo el Planeta Nueve afectaría a los objetos excéntricos en el Cinturón Kuiper si variábamos todos los demás parámetros. Hemos encontrado algunos resultados clave. Si el Planeta Nueve se acerca demasiado, romperá el Cinturón de Kuiper. Si se queda demasiado lejos, hace muy poco. Si el Planeta Nueve está demasiado inclinado, sólo tiene un pequeño efecto. Esas restricciones ayudan en todo excepto para el nodo del Planeta Nueve y la longitud real del Planeta Nueve. Sin el nodo, sin embargo, ¡realmente no tenemos ninguna restricción en el camino orbital! Hicimos algunas estimaciones utilizando una cantidad diferente, pero esas estimaciones fueron la parte menos satisfactoria del análisis. Sin embargo, ésos condujeron a nuestras mejores estimaciones de dónde mirar, y la imagen que todos ustedes han visto aquí.

Sin embargo, desde ese último artículo hemos aprendido mucho más sobre la física de cómo la gravedad del Planeta Nueve afecta las órbitas de objetos distantes en el Cinturón de Kuiper. Afortunadamente, una de las cosas que ahora entendemos mucho mejor es cómo restringir el nodo del Planeta Nueve. 

Al principio, reconocíamos que todos los objetos distantes excéntricos del Cinturón de Kuiper tenían longitudes similares de nodo ascendente, y parecía claro que éstos debían estar relacionados con el del Planeta Nueve de alguna manera. Con algunas simulaciones de computadora aún más realistas, nos dimos cuenta de que lo que habíamos supuesto era correcto: los distantes objetos excéntricos del Cinturón de Kuiper tienen el mismo nodo promedio que el Planeta Nueve. El Planeta Nueve empuja parcialmente estos objetos distantes en su propio plano orbital. Pero sólo parcialmente. Los objetos distantes existen en un plano orbital medio que está cerca de la mitad entre el de los otros 8 planetas y el Planeta Nueve. 

Aunque este resultado es sencillo de decir, hay mucho trabajo (o tal vez mucha electricidad para las computadoras) detrás de esa declaración! Y la buena noticia es que ahora se puede estimar el nodo con mucha más precisión. Si tomamos esos mismos excéntricos objetos distantes del Cinturón Kuiper y observamos sus nodos, encontramos que el Planeta Nueve tiene una longitud de nodo ascendente de ~94 grados. La inclinación promedio de esos objetos, por cierto, es de 18 grados, así que sabemos que la inclinación del Planeta Nueve es más alta que esto, pero no mucho más alta, porque de lo contrario, como encontramos anteriormente, no crearía una población anti-alineada.
Lo sé, lo sé, decir que ahora sabemos la longitud del nodo ascendente del Planeta Nueve no suena emocionante para la mayoría de la gente. Pero hemos reducido la incertidumbre sobre este parámetro por un factor de 5, que es esencialmente tan bueno como haber hecho una búsqueda del 80% del cielo relevante! Ok.

Ahora, si ha estado prestando mucha atención, sabe lo que quiero saber a continuación. Sólo tenemos limitaciones generales en la inclinación del Planeta Nueve, y no tenemos restricciones reales en la longitud. ¿Cómo vamos a encontrarlos? Creo que la solución es hacer el mismo tipo de simulaciones por ordenador, pero más o menos al revés. Hemos estado haciendo nuevas simulaciones de computadora donde tomamos los ~ 20 objetos conocidos cuyas órbitas se cree que están afectadas por el Planeta Nueve y los hemos puesto en sus posiciones actuales en el Sistema Solar hoy. Luego pusimos un Planeta Nueve y observamos lo que sucede. A veces el Planeta Nueve simulado envía todo volando por los aires. A veces, después de mil millones de años, el Sistema Solar se parece a lo que lo hace hoy en día. Aprendemos cosas generales: grandes inclinaciones son malas, tener el Planeta Nueve demasiado lejos no hace un efecto suficientemente poderoso. Cómo exactamente equilibrar estas restricciones no es aún obvio, pero a través de unos 100 billones de años acumulativos de la simulación de los objetos reales en el Sistema Solar exterior creo que nos estamos acercando.

En mi mundo de fantasía perfecta, estas últimas simulaciones nos dirán más o menos dónde está el Planeta Nueve y simplemente iremos a buscarlo y estará allí como Neptuno. Probablemente eso es pedir demasiado de la realidad. Pero vamos a intentarlo. Mientras tanto, estamos reduciendo lentamente la región del cielo en la que debemos buscar. Si estás buscando el Planeta Nueve, ¡ve a buscarlo!

Escrito por Mike Brown

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